小振幅海洋内波的演变、破碎和所致混合

利用基于谱方法和MPI并行运算的数值模式SpectralModel,直接数值模拟了三维小振幅海洋内波的演变、破碎和所致湍流混合,指出导致其不稳定而破碎的为PSI(parametric subharmonic instability)机制;对于内波破碎所致的湍流混合过程,分析了跨等密度面扩散系数kρ、混合效率γ、浮力通量谱、动能谱以及势能谱等统计性质:内波破碎前,kρ和γ保持低值水平,浮力通量谱值为负,且集中在低波数段;内波破碎后,kρ和γ迅速增大,最大值分别约为0.9×103m2/s和0.18,浮力通量谱值在低波数段为负值,在高波数段为正值,这是因为层化湍流中势能向小尺度运动传递和动能向小尺度运动传递相比更为有效。在内波破碎、强湍流混合阶段,势能谱存在一谱段满足kz3律,P(kz)=0.2N2kz3。此外,与二维模拟结果相比较,导致内波不稳定而破碎的均为PSI机制,kρ、浮力通量谱、势能谱变化趋势大体一致;但三维数值实验中,内波破碎时间提前,湍流衰减加快;KE谱在高波数部分下降速度相对减小,更接近于kz3。     

西北太平洋热带气旋强度和尺度协同变化特征北大核心CSCD

热带气旋强度和尺度是衡量其破坏性的重要指标。利用美国联合热带气旋警报中心(JTWC)最佳路径数据集和全球飓风强度统计预测计划(SHIPS)再分析数据集,对2004-2020年7-11月西北太平洋热带气旋的强度和尺度(26 m·s^(-1)大风平均半径)时空变化及协同变化特征统计分析发现,热带气旋强度与尺度在10月均达到峰值,主要表现为大而强且海上生命史长的热带气旋占比高于其他月份。热带气旋尺度伴随着强度增强(减弱)而增大(收缩),达到生命史最大尺度的时间平均滞后于最大强度时间40 h,且尺度快速膨胀及达到最大尺度的平均位置比发生快速增强和最大强度的位置更接近陆地。热带气旋初始尺度影响其最大尺度。71%大尺度涡旋在后期发展为大涡旋,其中发展为强热带气旋(不小于59 m·s^(-1))的占比为59%。热带气旋26 m·s^(-1)大风平均半径对后期尺度的影响可达66 h,说明尺度预报中不能忽略初始尺度的影响。热带气旋最大尺度增长率发生在中等强度条件下(25~50 m·s^(-1)),而最大强度增长率发生在中小尺度26 m·s^(-1)大风平均半径(50~100 km)范围。在高空辐散强、相对湿度高、海洋热含量大,且中等及较弱环境垂直风切变条件下,尺度更易向外扩展,甚至发生快速膨胀。     

山西晋城“7·11”暴雨过程雨滴谱特征

利用降水现象仪观测资料，对2021年7月11日山西晋城一次暴雨过程的雨滴谱特征进行分析。结果表明：雨滴数浓度、雨强和谱宽随时间变化趋势基本一致；雨滴直径等级频数百分率和质量百分率分布均呈明显的双峰或三峰结构；此次过程以直径D<1 mm的小雨滴为主，其对雨强R的贡献率仅为7.46%，而1 mm≤D<3 mm的大雨滴对R的贡献率达到了77.44%；雨滴落速主要集中在2～5 m/s。当R≥20 mm/h时，Gamma分布参数N₀、μ和λ随时间的起伏变化相对平缓，平均变化率分别为6.2%、46.7%和18.0%;lg N_W-D_m分布显示，此次低涡暴雨过程既非大陆性对流降水，亦非海洋性对流降水；μ-λ之间存在较好的二项式函数关系，相关系数为0.901。幂函数对于降水动能参数关系E_t-R和E_d-R的拟合性能更优，二项式函数拟合对于E_d-D_m效果更好。采用最小二乘法得到Z-R拟合关系，在R≥20 mm/h时，估测效果优于经典Z-R关系。     

盛夏海南岛防区台风累积动能气候异常特征分析北大核心

利用1981—2018年CMA-STI热带气旋最佳路径数据集、NCEP/NCAR再分析资料和OA Flux3潜热通量数据,分析了盛夏海南岛台风累积动能(Accumulated Cyclone Energy,ACE)气候特征及异常年大气环流形势和相关物理量特征。结果表明:1981—2018年盛夏海南岛ACE呈先下降后上升的变化趋势,同时具有明显年代际特征,2010年后存在准2 a显著周期。盛夏ACE偏高(低)年,西太副高偏大(小)偏强(弱)偏西(东),其南侧伴有偏强(弱)的季风槽,台风北侧对流(不)活跃;低层防区内存在异常气旋式切变(反气旋式环流),海南受偏东(西)异常气流影响,有利(不利)于对流、水汽等向台风环流并入而加强(削弱)台风,120°~130°E越赤道气流(不)活跃;菲律宾以东至南海高空抽吸作用偏强(弱),盛行异常上升(下沉)运动,且环境风垂直切变偏小(大);东海—日本海潜热通量偏小(大),热带西太平洋及南海低层为水汽辐合(散)区。     

太原地区雨滴谱季节分布特征北大核心CSCD

利用2017年12月-2022年11月太原雨滴谱数据,研究太原地区不同雨强和不同降水类型雨滴谱季节分布特征。结果表明:太原地区四季谱分布均呈单峰结构且均以雨滴直径D<1 mm的小雨滴为主,但对雨强R贡献最大的是D为1~2 mm的雨滴。各季节R<1 mm·h^(-1)的降雨均占比最大,但夏季超过50%雨量来自R≥5 mm·h^(-1)雨滴的贡献;R<2 mm·h^(-1)时,冬季大雨滴浓度更高,而小雨滴浓度相对较低;R≥5 mm·h^(-1)时,夏季雨滴浓度更高。四季均以层状云降水为主,标准化截距参数lgNw和质量加权直径D_(m)差异较小;对流云降水多发生在夏季且更接近海洋性对流,春、秋季既非大陆性也非海洋性对流。采用最小二乘法得到形状因子与斜率参数的μ-λ、降水动能以及反射率因子与雨强的Z-R关系曲线,其中μ-λ季节变化小,但地域性差异显著;幂函数和二项式函数分别对于降水动能参数关系E_(t)-R和E_(d)-D_(m)拟合效果更优;Z-R关系系数与指数成反比,对于层状云降水,春、秋季经典关系均高估降雨,冬、夏季存在经典关系由高估转为低估的情况;对于对流云降水,夏、秋季经典关系略高估降雨。     

黑潮延伸体时变正压动力过程和动能串级研究

本文基于坐底式逆向回声仪(current and pressure recording inverted echo sounder, CPIES)实测海底压强和海底流速数据对黑潮延伸体时变正压动力过程和动能串级进行研究。先对CPIES数据进行去噪、网格化、调平等预处理,获得黑潮延伸体正压动力高度网格和海底流速网格,后进一步计算得到正压动力高度分布图、正压涡动能分布图以及正压动能通量谱。结果表明:1)在无外力作用时,正压动力高度起伏会使海水从动力高的地方向低的地方流入从而产生较高的涡动能,而一旦有外力强迫,海水有从动力高度低的地方向高的地方流入的可能,从而使得正压动力高度不断增加涡动能增强;2)通过分析9个月长时间平均正压动能通量谱,验证了地转湍流理论中的正压反向动能串级; 3)对黑潮延伸体月平均正压动能通量作谱分析发现,涡动能的大小会影响动能通量幅值变化,当涡动能升高,动能通量谱振幅变大,正向/反向动能串级增强,反之亦然。此外,正压动能串级随着时间变化,表现为2004年6月至8月反向动能串级尺度向小尺度移动并且强度增强; 2004年9月反向动能串级突然减弱,2004年9月至11月出现了...     

山东初冬一次极端降水和大风天气成因分析

利用常规地面、高空观测、雷达及ERA5再分析等资料，对山东初冬一次极端降水、大风天气成因分析，结果表明：低槽东移发展，冷空气南压，低空切变线配合东北、西北地区地面高压坝形成的“阻挡”形势利于极端降水的产生。本次水汽条件具有较强的极端性，水汽通量辐合远强于气候平均态，925 hPa和700 hPa水汽通量辐合大值区分别与雨、雪区域配合较好。降雨时垂直上升运动中心在边界层，升至600 hPa时转为降雪，降雨时低层辐合、高层辐散，降雪时由低到高呈辐散-辐合-辐散分布。冷锋过境条件对称不稳定触发产生对流，随后在冷锋后侧逆温层上由锋生过程的上升支环流强迫产生高架对流。强冷空气扰动从内蒙古高原下滑至华北平原，与近地面冷平流汇合增强，产生较强变压风，同时促进了势能向动能转换和动量下传。地形强迫造成下沉运动增强，华北地区低层形成锋面次级环流，环流前部锋区暖界面为地转偏差辐合，冷界面为地转偏差辐散。环流内有水平动能和地转偏差大值区，偏北气流和下沉运动使水平动能向南、向下输送，导致地面极端大风。     

一次中亚低涡中期过程的能量学特征

中亚低涡是中期时间尺度（4天以上）的对流层深厚切断低压系统,也是造成新疆暴雨（雪）、持续低温天气的重要影响系统之一,对其形成、维持和减弱的能量特征还不十分清楚。利用美国国家环境预报中心/国家大气研究中心（NCEP/NCAR）2.5°×2.5°逐日再分析资料和有限区域能量循环方程,对1996年7月10—20日造成新疆区域两次暴雨过程的中亚低涡系统进行分析,以揭示低涡持续活动11天的能量循环和转换特征。分析结果表明,中亚低涡活动具有明显的阶段性能量学特征。这次低涡发展和减弱过程处于斜压不稳定状态,扰动动能来源于扰动位能的转换和区域开放边界扰动动能的输入,且两者作用相当,它们使得低涡快速发展,同时区域内部非绝热加热制造的一部分扰动有效位能向外输出,在减弱期扰动有效位能向外输出大于扰动位能的转换和区域开放边界扰动动能的输入,因此低涡逐渐减弱。低涡成熟期处于正压不稳定状态,系统内部的能量转换很小,扰动动能来自于外界扰动位能输入,支出项为向开放边界的扰动动能输出。低涡过程各个时期纬向平均动能向扰动动能的转换都很小,即正压不稳定造成的能量转换较弱。低涡活动过程中,在对流层中、高层扰动动能很强,表明中亚低涡是主要在对流层中、高层活动的天气尺度系统,低涡内部的能量转换及其与外界的能量输送主要发生在中、高层,扰动位能和扰动动能的变化很好地反映低涡的强度变化和发展阶段,且能量的垂直输送对低涡系统的发展也有一定促进作用。